流动床气化炉 【技术领域】
本发明涉及流动床气化炉，特别涉及在流动媒体排出中有特征的流动床气化炉。
流动床(层)是从粒子充填层的下面供给气体，使流动媒体流动化，形成流动床(层)。上述粒子充填层中充填了从数十微米至数毫米的硅砂或氧化铁等的流动媒体粒子。流动床反应装置，是利用该流动床(层)的流动性、均匀性、热容量的大小、表面积的大小等，使化学反应快速、稳定且均匀地进行的装置。用于石油精炼的接触分解炉、煤等固体燃料的燃烧炉、焚烧炉等，有很好的作用。
背景技术
流动床气化炉，因有流动媒体，所以混合特性和传热特性好，当与气流层反应装置相比，具有可投入燃料的大小和性状的限制少这样的优点。但缺点是，为了防止流动媒体和燃料中的灰分被高温相互融溶付着而阻碍流动，其运转温度不得不比气流层反应装置低。其温度区域，以石油为燃料时约在900℃以下，以废弃物为燃料时，根据废弃物的性状而有所不同，通常在600～800℃左右，当废弃物中含有碱金属类时，则温度区域更要降低。
用比较低的温度使废弃物或石油热分解、气化时，有产生焦油的问题。通常，焦油在600℃的温度区域气化，但是当温度降低到200℃以下时则液化，其粘着性有时引起粒子操作上的各种麻烦。
流动床气化炉的特征是大量的炭滞留在炉内，所以，从层内取出不燃物时，高温的炭与空气接触而燃烧，导致高温化，有时生成熔渣。
这样，流动床气化反应装置，虽然具有可投入燃料地大小和燃料性状限制少这一优点，但是如石油和废弃物那样含有不燃物的燃料时，如果投入大的粒径，则残留在反应装置内的不燃物也大，需要用一些方法从反应装置内排出。但是，要把500～600℃高温的流动媒体从流动层中取出，即使是在常压的反应的装置中因高温也是非常困难的，更何况在加压下运转的气化炉内，几乎是不可能的。即使能把流动媒体从流动层中取出，高温流动媒体的取出产生的热损失也大，热的利用效率低，另外，在取出时，大量混入流动媒体的炭与空气接触而燃烧，结果，会带来意想不到的麻烦。
使流动媒体冷却时，已气化了的焦油液化，有时会引起种种麻烦，所以，为了能够不取出不燃物，不得不将燃料粉碎得很细后投入，这样，就不能发挥流动床反应装置的上述优点。
发明内容概要
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种流动床气化炉，该流动床气化炉，能发挥“可投入燃料的大小和性状的限制少”这一流动床反应装置的优点，不仅在常压下，即使在高压下也能安全操作，运用性优良。
为了实现上述目的，本发明的流动床气化炉，采用流动层反应装置，在该反应装置的床面附近设有流动媒体的排出溜槽，在该溜槽的下方设有气体吹出装置。
上述流动床气化炉中，在上述流动媒体排出溜槽的最下部附近，设有机械地取出流动媒体的装置，该装置可采用螺旋传送机。
上述流动媒体排出溜槽，在最下部也可设置气体吹出装置。这些气体吹出装置的吹出气体，可采用水蒸气或二氧化碳或不含氧的气体。
另外，本发明中用的流动层反应装置，按功能分为各个单元，通过改变各单元的组合，可容易地对应性状不同的燃料。
附图简单说明
图1A、图1B、图1C是表示圆筒形流动床气化炉构造的断面图，该圆筒形流动床气化炉表示本发明流动床气化炉之一例。图1A是流动床气化炉的纵断面图，图1B是图1A的A-A线断面图，图1C是图1A的B-B线断面图。
图2A、图2B、图2C是表示矩形流动床气化炉构造的断面图，该矩形流动床气化炉表示本发明流动床气化炉的另一例。图2A是流动床气化炉的纵断面图，图2B是图2A的A-A线断面图，图2C是图2A的B-B线断面图。
图3是表示本发明气化炉周边构成机器之一例的整体构造图。
图4是表示本发明气化炉周边构成机器之另一例的整体构造图。
图5是表示本发明气化炉周边构成机器之另一例的整体构造图。
图6是表示本发明流动床气化炉的变形例的纵断面图。
图7是表示本发明流动床气化炉的变形例的纵断面图。
实施发明的最佳实施例
下面，参照附图详细说明本发明。
图1A、图1B、图1C是表示圆筒形流动床气化炉构造的断面图，该圆筒形流动床气化炉表示本发明流动床气化炉之一例。图1A是流动床气化炉的纵断面图，图1B是图1A的A-A线断面图，图1C是图1A的B-B线断面图。
图1A～图1C所示采用圆筒形流动层反应装置的流动床气化炉，由流动床单元1、炉下漏斗单元2、媒体排出装置单元3、熔化室单元4和导流单元5构成。本发明中，流动层反应装置由流动床单元1、炉下漏斗单元2和媒体排出装置单元3构成。相邻各单元由法兰连接。在流动床单元1的内部，设有上面呈圆锥形的流动化气体分散装置6，在该流动化气体分散装置6的上面，设有多个流动化气体分散喷咀7。
在流动床单元1和流动床单元1下方的单元内部，充填着流动媒体11，流动化气体分散装置6上方的流动媒体，被从流动化气体分散喷咀7吹出的流动化气体流动，形成流动床8。在流动化气体分散装置6的内部，内藏着至少被分割为2个以上的空气集管9，使从流动化气体分散喷咀7吹出的流动化气体速度在周边部比中央部快，通过使其具有不同的吹出速度，使流动床内形成流动媒体的内部旋回流12。流动化气体分散装置6上的流动媒体的温度保持在400℃～1000℃，最好保持在500℃～800℃。
在流动床单元1内部、流动化气体分散装置6的周边上方，设有朝向外侧的流动媒体排出口16。在该排出口16的下方，形成流动化气体分散装置6与流动床单元1内壁的间隙20。该间隙20起到流动媒体排出溜槽的功能，该间隙20被固定流动化气体分散装置6和流动床单元1内壁的支承体10分割为4个溜槽20a～20d。在支承体10的内部，也可以设置从流动床单元1外部向上述空气集管9供给流动化用气体的配管。
为了防止不燃物堆积到流动床8内，各溜槽20a～20d最好与流动化气体分散装置6的侧面全区域相接。这时，必然地在支承体10的上端有峰形形状，峰形的顶部是锐角。要把配管内藏在支承体10内部时，支承体10要有一定的宽度，所以支承体10的形状必须是朝着下方扩大的形状，这样，各溜槽20a～20d的圆周方向宽度变窄。但是，在各溜槽20a～20d中，为了避免不燃物引起内部闭塞，必须避免其水平断面积往下方渐渐变窄。因此，本发明的气化炉中，使流动化气体分散装置6的下部侧面6a越到下方越向中心线侧倾斜，这样，使各溜槽20a～20d的半径方向尺寸越到下方越大，可防止其水平断面积减少。
在各溜槽20a～20d的铅直下方，分别设有气体吹出喷咀13，用水蒸气或非活性气体将溜槽内净化，防止焦油或氧扩散，激化流动媒体使其流动化，消除溜槽的闭塞。
在炉下漏斗单元2的下侧，连接着媒体排出装置单元3，本气化炉中的炉下漏斗单元2的内面，与媒体排出装置单元3的入口尺寸吻合并倾斜，整体呈收缩状。通过这样的收缩，可排出形成搭拱(ブリツヅ)带有危险性的不燃物，例如，金属丝那样的不燃物，当然，也可以是直的垂直壁，也可以使其偏心、设置垂直部分和倾斜部分。
在媒体排出装置单元3的下部，设置着媒体排出装置15。本气化炉中，媒体排出装置15是采用螺旋传送器，但也可以根据不燃物的性状，采用链式传送器那样可朝横方向排出的排出装置。另外，本气化炉中，媒体排出装置15是沿水平方向横向设置的，但也可以上下倾斜地设置。
媒体排出装置单元3的最下部，在媒体排出装置15的下方，设有气体吹出喷咀14。本气化炉中，该气体吹出喷咀14是1个，但是，为了使气体在媒体排出装置单元3和炉下漏斗单元2的连接部口径全面进出，必要时也可以增加其个数。从气体吹出喷咀14吹出的气体的风力分选效果可使不燃物浓缩，所以，排出的流动媒体的量也减少，带出的热量也减少。
从气体吹出喷咀14吹出水蒸气或CO2或不含氧的气体30，吹入水蒸气和CO2时，在溜槽内的流动媒体中含有碳粒子时，借助上述的吸热反应，可更加提高冷却效果。
当然，从气体吹出喷咀13吹入水蒸气或CO2，也能得到同样的效果。
从喷咀13和喷咀14吹入水蒸气时，吹入的水蒸气的温度，必须至少在气化炉的运转压力的饱和温度以下。媒体排出装置等也同样地，内部温度不能降低到露点以下，必要时要进行保温或者加热处理，以防止结露。
图1A～图1C所示的气化炉，担负各功能的部分做成了单元化，但也可以一体化地制成为一整体。尤其是在大型炉的情况下，各部分比较大，可以得到充分的维修空间，没有必要分割成各单元进行维修，所以可一体化地制作。但是，在加压下使用时，容积变小，内部维修也困难，所以，如图1A～图1C那样的单元分割型是有效的。
该单元分割构造的优点是，可以根据燃料的性状容易地变更构造。例如，对于不容易气化、在流动层内的滞留时间需要长的燃料，为了提高层高，如图6所示，可在导流单元5与流动床单元1之间增加直管部1a。另外，对于比重小、层内滞留率低、熔化室滞留时间需要长的燃料，采用图7所示的熔化室单元4，该熔化室单元4是做成从法兰部稍上方朝外方鼓出的形状，加大其内容积。这样，对于各种燃料，如图6和图7所示，只要改造必要的部分，不必改造全体，可容易地对应于各种燃料。
图2A、图2B、图2C是表示矩形流动床气化炉构造的断面图，该矩形流动床气化炉表示本发明流动床气化炉的另一例。图2A是流动床气化炉的纵断面图，图2B是图2A的A-A线断面图，图2C是图2A的B-B线断面图。
图2A～图2C中，与图1A～图1C中相同标记者，表示具有同一功能的部件，其构造、作用也相同。
图2A～图2C所示流动床气化炉中，流动床单元1的外壁形成为矩形状。配置在流动床单元1内部的矩形流动化气体分散装置6，其上面形成为峰形。本实施例中，在中央部与左右周边部之间，形成左右对称的2个内部旋回流12。流动床单元1的内部、在流动化气体分散装置6周边上方，设有朝向外侧的流动媒体排出口16。在该排出口16的下方，形成流动化气体分散装置6与流动床单元1内壁的间隙20，该间隙20起到流动媒体排出溜槽的功能，该间隙20如图2B所示，由2个溜槽20a、20b构成。在各溜槽20a、20b的铅直下方，分别设有3个气体吹出喷咀13。
本实施例的其它构造与图1A～图1C所示例相同。本实施例的作用效果也与图1A～图1C所示例相同。
图3是表示在加压下使用本发明流动床气化炉时的、气化炉周边构成机器之一例的整体构造图。在具有图1A～图1C和图2A～图2C所示构造的气化炉101下部的媒体排出装置单元的下流，连接着压力密封用的封闭漏斗102，在该封闭漏斗102的下流设有振动筛103。振动筛103对不燃物61和流动媒体60进行筛分，不燃物61排出系统外，流动媒体60再返回到炉内。被振动筛103筛分后的流动媒体60，由流动媒体传送带104运送，经过流动媒体供给用的封闭漏斗105由流动媒体供给传送带106返回气化炉101内。用这样的机器构造使用时，在封闭漏斗102前被加压，容易结露，所以，最好采取保温、蒸气跟踪等防结露措施。
图4是表示在加压下使用本发明流动床气炉时的、气化炉周边构成机器另一例的整体构造图。与图3同样地，被流动媒体传送带104运送的流动媒体，先被流动媒体漏斗107接受，由媒体定量排出机108调节流量，通过切换切换溜槽109，不仅可从流动媒体供给用封闭漏斗105、而且可从燃料供给用封闭漏斗110侧与燃料50一起由供给传送带111供给到炉内。
图5是表示在常压下使用本发明时的、气化炉周边机器构造的整体构造图。从气化炉101排出的不燃物和流动媒体的混合物，被传送带104运送，再被振动筛103筛分成不燃物61和流动媒体60。然后，流动媒体60被流动媒体供给传送带106供给到气化炉101。在燃料中，当形成流动媒体那样的小粒径不燃物多时，由切换溜槽109切换流路，把剩余的流动媒体储留在流动媒体漏斗107侧，必要时由定量排出机108排出到流动媒体供给传送带106，投入炉内。
当图5所示系统那样在流动媒体抽出部没有密封机构时，必须特别注意的是，从气化炉101最下部投入的蒸气不是流向流动床部，而可能流向传送带104侧。产生这样的流动时，蒸气在传送带内冷凝，使流动媒体带有湿气，操作性恶化，或者造成流动媒体中所含的石灰石或石膏微粉固着，不仅如此，由于蒸气不朝流动床部流动，失去了本来具有的净化功能，在流动媒体取出溜槽部中的焦油、或炭会引起麻烦。
因此，从气化炉101最下部投入的蒸气，必须使其朝流动床流动。其方法之一是，将传送带104的传送形式，做成为流动媒体能充满内部式的传送带，但是，该形式的传送带，必须要经常时搅混内部的流动媒体，所以需要较大的动力。另一个方法是，在气化炉101下部的流动媒体排出传送带出口与传送带104之间，设置密封用的挡板。该方式中，一边排出流动媒体，一边要保持密封，虽然最好是双挡板方式，但与流动媒体排出传送带的运转、停止连动的单挡板，也能得到一定程度的效果。
本发明具有以下效果。
(1)不燃物的取出方向，从流动床炉侧看，是呈放射状向外或向外，所以，不燃物不会缠绕、搭接，不燃物的排出容易。
(2)从设在各溜槽下部的喷咀，吹入水蒸气或CO2或不含氧的气体，激化流动媒体使其流动化，可吹动不燃物，这样，可消除溜槽部的闭塞。
(3)从设在各溜槽下部及媒体排出装置单元最下部的喷咀，吹入水蒸气或非活性气体(由CO2或不含氧的气体构成)，这样，将不燃物及流动媒体的显热与蒸气直接进行热交换而回收，可将其还原到炉内。
(4)同时用蒸气或非活性气体进行溜槽净化，可防止气化了的焦油进入溜槽部，可防止流动媒体冷却后的焦油引起各种麻烦。
(5)作为燃料性状即使炭容易蓄积而在层内含有大量炭时，借助蒸气或非活性气体的作用，氧不进入溜槽部分，所以，可防止溜槽内的炭燃烧引起的熔渣。
(6)由于可同时地防止生成的气体从溜槽进入下方，所以，即使使氯化氢那样一旦结露便产生强腐蚀性气体的燃料气化时，也不必担心腐蚀。
(7)由于可用蒸气或非活性气体冷却向炉外排出的不燃物及流动媒体，所以，媒体排出装置不必采用耐热、耐腐蚀的高级材料，价格可降低。
(8)即使在加压下使用时，由于使媒体排出装置下流的压力密封部温度降低，所以，可用封闭漏斗等单纯的机器进行压力密封。
(9)万一因熔渣等产生大粒径的块，也可借助媒体排出装置的强制排出功能，将大粒径块破坏，破碎成适当的大小，所以，在流动媒体排出系统中不会产生闭塞。
工业实用性
本发明适用于采用流动床、从废弃物或煤等燃料生成气体的装置。